DE102019201185A1

DE102019201185A1 - Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode, Zündkerzenelektrode und Zündkerze

Info

Publication number: DE102019201185A1
Application number: DE102019201185.3A
Authority: DE
Inventors: Dennis Quest; Johannes Proell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode (3) umfassend einen Elektrodengrundkörper (9) aus einem ersten Material und ein Zündelement (10) aus einem zweiten Material, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen des Elektrodengrundkörpers (9) und des Zündelements (10), Ausführen eines Schweißvorgangs zum Verbinden des Elektrodengrundkörpers (9) und des Zündelements (10) unter Bildung einer Schweißnaht (11), wobei zum Ausführen des Schweißvorgangs ein Schweißstrahl (5) eines gepulsten Lasers über ein Reflexionsmittel (6) auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Elektrodengrundkörper (9) und dem Zündelement (10) gerichtet wird und die Schweißnaht (11) erzeugt, und durch Kippen des Reflexionsmittels (6) der Schweißstrahl (5) über den Verbindungsbereich geführt wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode sowie eine Zündkerzenelektrode mit sehr guter Funkenbildung, hoher Funkenerosionsbeständigkeit und Lebensdauer. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Zündkerze, die die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode umfasst.
Die Lebensdauer einer Zündkerze wird maßgeblich durch die Haltbarkeit ihrer Komponenten bestimmt. Die Zündkerzenelektroden stellen hier eine besondere Limitierung der Haltbarkeit dar, da sie aufgrund der Funkenbelastung hohen Erosionsraten unterliegen. Hierbei wird eine dauerhaft gute Funkenbildung durch den Einsatz von Edelmetallen für die Zündelemente, die sogenannten Elektrodenpins, die mit einem Elektrodengrundkörper verbunden sind, erzielt. Je größer die Oberfläche des Zündelements, desto besser, stabiler und dauerhafter können Zündfunken gebildet werden. Um ein Zündelement mit einem Elektrodengrundkörper zu verbinden, schlägt DE 10 103 045 A1 ein Laserschweißverfahren unter Verwendung eines cw-Laserstrahls (continuouswave Laserstrahl) vor, bei dem der cw-Laserstrahl statisch auf den Verbindungsbereich zwischen Elektrodengrundkörper und Zündelement gerichtet wird. Durch die kontinuierliche Erwärmung aufgrund der ununterbrochenen Strahlung, erwärmt sich der Verbindungsbereich stark und das Zündelement und der Elektrodengrundkörper schmelzen stark auf, was zur Ausbildung einer breiten Schweißnaht führt und mit einem reduzierten, verbleibenden Reinmaterial des Zündelements einhergeht. Die verbleibende, in Richtung der Längsachse der Zündkerzenelektrode gesehene Resthöhe des Zündelements ist gering, was eine stabile und dauerhaft gute Funkenbildung verhindert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Zündkerzenelektrode, in der ein Elektrodengrundkörper aus einem ersten Material und ein Zündelement aus einem zweiten Material durch eine Schweißnaht mit geringer Breite verbunden sind, und durch das ein Aufschmelzen und damit ein Verlust an Reinmaterial des Zündelements reduziert wird, so dass eine Resthöhe des Zündelements in Richtung der Längsachse der Zündkerzenelektrode, und damit auch eine Oberfläche des Zündelements, maximiert ist. Unter der Resthöhe des Zündelements wird dabei die Höhe des in Richtung der Längsachse der Zündkerzenelektrode verbliebenen Reinmaterials des Zündelements, also ohne Einbeziehen der zwischen dem Elektrodengrundkörper und dem Zündelement gebildeten Schweißnaht, verstanden. Die Schweißnaht enthält ein Gemisch an erstem Material des Elektrodengrundkörpers und an zweitem Material des Zündelements. Die Längsachse der Zündkerzenelektrode fällt dabei insbesondere mit der Längsachse des Elektrodengrundkörpers und der Längsachse des Zündelements zusammen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht hierzu zunächst einen Schritt des Bereitstellens des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements vor. Diese Elemente werden anschließend in gewünschter Anordnung zueinander angeordnet. Zum Verbinden des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements wird sodann ein Schweißvorgang ausgeführt, durch den zwischen dem Elektrodengrundkörper und dem Zündelement eine Schweißnaht gebildet wird. Der Schweißvorgang wird dabei unter Verwendung eines Schweißstrahls eines gepulsten Lasers ausgeführt, wobei der Schweißstrahl über ein Reflexionsmittel auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Elektrodengrundkörper und dem Zündelement gerichtet wird und die Schweißnaht erzeugt. Durch Kippen des Reflexionsmittels wird der Schweißstrahl über den Verbindungsbereich, also über die zu verbindenden Stellen des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements, geleitet, so dass der Elektrodengrundkörper und das Zündelement dauerhaft stabil unter Ausbildung einer Schweißnaht miteinander verbunden werden. Durch das Kippen des Reflexionsmittels, das insbesondere ein periodisches Kippen ist, ergibt sich eine örtliche Modulation des Schweißstrahls auf den zu verbindenden Oberflächenbereichen der Zündkerzenelektrode. Das Reflexionsmittel ist beispielsweise ein Spiegel oder ein sogenannter Scanner.
Erfindungsgemäß wird ein gepulster Laser verwendet, der einen intermittierenden Schweißstrahl abgibt. Dies führt dazu, dass mit jedem Laserpuls eine Erwärmungsphase der zu verbindenden Materialien einhergeht, auf die eine Abkühlphase folgt, bis der nächste Laserimpuls auf den Verbindungsbereich auftrifft. Insbesondere durch die Abkühlphasen wird der in die Materialien eingebrachte Wärmeeintrag moduliert, so dass sich lediglich eine mittlere Erwärmung im Material zeigt, die nur einen geringen Anstieg über die Schweißzeit aufweist. Da somit auch weniger erstes Material und zweites Material aufschmelzen, reduziert sich hierdurch der Verlust an Reinmaterial des Zündelements deutlich und die Schweißnaht wird mit einer lediglich geringen Breite gebildet, was auch bedeutet, dass die Resthöhe des Zündelements maximal bleibt. Dies führt aufgrund der großen Oberfläche des Zündelements bei sehr guter Funkenbildung zu einer dauerhaft stabilen und funkenerosionsresistenten Zündkerzenelektrode, die sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet. Fehlerbilder, wie z.B. Schweißporen oder Kerben können reduziert werden. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren mit einer geringen Breite ausgebildete Schweißnaht ermöglicht ferner auch den Einsatz an Zündelementen mit geringerer absoluter Höhe, da der Reinmaterialverlust an zweitem Material des Zündelements reduziert und somit auch die Resthöhe erhöht ist. Durch die Verwendung von Zündelementen mit geringerer absoluter Höhe vor dem Schweißprozess, können weiter Materialkosten eingespart werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei einfach und kostengünstig anwendbar.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das Ausbilden einer Schweißnaht mit geringer Breite kann ferner durch die vorteilhafte Weiterbildung gefördert werden, in der der Elektrodengrundkörper und das Zündelement während des Ausführens des Schweißvorgangs mit einer Kraft F in Richtung der Längsachse des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements gegeneinander gedrückt werden. Hierbei fallen vorzugsweise die Längsachsen des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements zu einer Längsachse zusammen und können auch als Längsachse der Zündkerzenelektrode angesehen werden. Dies verhindert auch die Ausbildung von Fehlstellen in der Schweißnaht. Da aufgrund des anzuwendenden gepulsten Laserverfahrens keine maßgebliche Erwärmung der zu verschweißenden Materialien stattfindet, ist das gegeneinander Drücken von besonderem Vorteil und auch nur durch die auf die Erwärmungsphasen folgenden Abkühlphasen möglich. Nicht oder nur bedingt möglich ist es bei Anwendung eines cw-Laserverfahrens, da hier eine kontinuierliche Erwärmung der zu verschweißenden Materialien im Verbindungsbereich stattfindet, so dass ein gegeneinander Drücken zum gegenseitigen Einschieben des ersten Materials des Elektrodengrundkörpers und des zweiten Materials des Zündelements ineinander führt. Damit wird der Verlust an zweitem Material deutlich erhöht. Andererseits kann bei fehlendem Gegeneinanderdrücken der zu verschweißenden Materialien ein Ausbilden von Fehlstellen in der Schweißnaht erhöht sein. Vorzugsweise beträgt die Kraft, mit der die zu verschweißenden Materialien gegeneinander gedrückt werden 5 bis 15 N und weiter vorteilhaft 10 bis 12 N.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schweißstrahl entlang einer Linie auf der Oberfläche der Zündkerzenelektrode geführt wird, die parallel zu einer Längsachse des Zündelements ist. Vorteilhafterweise erstreckt sich diese Längsachse durch den Verbindungsbereich zwischen dem Zündelement und dem Elektrodengrundköper, sprich auch durch die spätere Schweißnaht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung rotieren der Elektrodengrundkörper und das Zündelement während des Ausführens des Schweißvorgangs mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung. Dies führt zu einer gleichmäßigen Weiterbewegung des Schweißstrahls und damit zu einer sehr guten Verbindungsbildung zwischen dem Elektrodengrundkörper und dem Zündelement.
Des Weiteren vorteilhaft wird das Reflexionsmittel mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz gekippt. Beispielsweise wird das Reflexionsmittel mit einer Frequenz von 1200Hz gekippt. Dadurch ergibt sich, dass der Schweißstrahl im Wesentlichen eine Bewegung parallel zu der Längsachse X des Zündelements und des Elektrodengrundkörpers ausführt und mehrmals die gleiche Linie bzw. den gleichen Bereich überstreift.
Dies wird auch beispielsweise dadurch unterstützt, dass der Elektrodengrundkörper und das Zündelement wie vorstehend beschrieben vorzugsweise während des Schweißverfahrens rotiert werden, und die Rotationsfrequenz des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements kleiner ist als die Frequenz, mit der das Reflexionsmittel gekippt wird. Durch das verhältnismäßige schnelle Kippen des Reflexionsmittels im Vergleich zu der Rotation des Elektrodengrundkörpers und des Zündelements führt der Schweißstrahl quasi eine Scannerbewegung auf der Oberfläche der zu verbindenden Materialien aus.
Vorzugsweise beträgt die Wellenlänge des gepulsten Lasers 1,03 bis 1,07 µm, was durch Verwendung eines Nd:YAG-Lasers oder Yb:YAG-Lasers erreicht werden kann. Alternativ kann die Wellenlänge auch in einem Bereich von 800 bis 1030 nm oder in einem Bereich von 1070 bis 2000 nm liegen.
Um eine Erwärmung der zu verschweißenden Materialien weiter zu reduzieren, wird der Schweißvorgang vorzugsweise mit folgenden Parametern ausgeführt:

- mittlere Laserleistung: 1 W bis 2 kW
- Pulsdauer τ: 1 bis 500 ns, insbesondere 120 bis 500 ns
- Repetitionsrate des Lasers v_rep: 1 Hz bis 2 MHz
- Fortbewegungsgeschwindigkeit des Reflexionsmittels: 1 mm/s bis 1 km/s (2D-Polygonscanner), insbesondere 1 mm/s bis 10 m/s (2D-Galvo-Scanner)
- f_Wobble: mindestens 1 Hz, insbesondere 1 Hz bis 4 kHz.

Die Wobbelfrequenz f_Wobble bezeichnet dabei die Periodendauer einer durch Fortbewegung einer Kreisbahn resultierenden Zykloide.
Die mittlere Erwärmung ΔT [K] in Folge eines Laserpulses der zu verbindenden Materialien ergibt sich dabei gemäß nachfolgender Gleichung: $Δ T = (1 - R) * (2 * I_{0} / K) * v_{rep} * τ * {(α * t)}^{1 / 2} * 1 / π^{1 / 2},$

mit π = 3,14
α = thermische Leitfähigkeit [m²/s]
I₀ = Strahlintensität Laser [W/cm²] (Leistung pro Fokusfläche auf Bauteil)
R = Reflexionsgrad des Materials (bestimmbar z.B. mit Ulbricht-Kugel, A+R+T=1)
K = Wärmeleitfähigkeit des Materials [W/mK] (bestimmbar z.B. über k = α*ρ*Cp, mit Kombination aus z.B. Laserflash + Dilatometer + Differential Scanning Calorimetrie (DSC))
t = Laserpulsdauer [s] (bestimmbar mittels z.B. Oszillation für kurze und mit AutoKorrelation für ultrakurze Pulse)
v_rep = Repetitionsrate des Lasers (einstellbar durch z.B. Güteschaltung (Q-switch) bei Nanosekundenlaser)

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das erste Material Nickel oder eine Nickellegierung mit Nickel als Hauptbestandteil in Masse% ist. Ein erstes Material auf Nickelbasis hat den Vorteil, dass es leicht zu bearbeiten ist und geringe Materialkosten hat.
Alternativ oder additiv dazu ist das zweite Material vorzugsweise ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung, wobei insbesondere das Edelmetall mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus: Ir, Pt, Pd, Rh, Ru, Re, Ag, Au und Os ist. Ein zweites Material auf einer Edelmetallbasis hat den Vorteil, dass das daraus bestehende Zündelement eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Erosionsbeständigkeit aufweist. Insbesondere für edelmetallhaltige zweite Materialien ist das erfindungsgemäße Verfahren von besonderem Vorteil, da aufgrund der reduzierten Breite der sich bildenden Schweißnaht nur ein geringer Anteil an Edelmetall des Zündelements für die Zündfunkenbildung durch Bildung der Schweißnaht mit geringer Breite verlorengeht und die Resthöhe des Zündelements und damit auch die Oberfläche des Zündelements maximal ist.
Besonders vorteilhaft ist die Zündkerzenelektrode eine Mittelelektrode, da hier das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut anwendbar ist.
Des Weiteren erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerzenelektrode beschrieben, die durch das vorstehende erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist. Aufgrund der spezifischen Herstellung zeichnet sich die Zündkerzenelektrode durch eine hohe Lebensdauer bei sehr guter Zündfunkenbildung aus, ist gegenüber Korrosion und Erosion sehr beständig und in sich und damit auch mechanisch stabil.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß auch eine Zündkerzenelektrode beschrieben, die einen Elektrodengrundkörper aus einem ersten Material und ein Zündelement aus einem zweiten Material umfasst. Der Elektrodengrundkörper und das Zündelement sind durch eine Schweißnaht miteinander verbunden, wobei ein Verhältnis einer Resthöhe des Zündelements zu einer Breite der Schweißnaht, jeweils gemessen entlang einer Längsachse der Zündkerzenelektrode, 15:1 bis 10:1 beträgt. Die Zündkerzenelektrode ist nach dem vorstehend offenbarten Verfahren unter Anwendung eines gepulsten Laserschweißverfahrens herstellbar.
Ferner erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerze beschrieben, die eine wie vorstehend offenbarte Zündkerzenelektrode enthält, die insbesondere als Mittelelektrode ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Zündkerze zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Haltbarkeit und lange Lebensdauer bei zuverlässiger Zündfunkenbildung aus.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform und
2 eine schematische Zeichnung, veranschaulichend ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind nur die wesentlichen Merkmale der Erfindung dargestellt. Alle übrigen Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 gemäß einer ersten Ausführungsform eine Masseelektrode 2 und eine Mittelelektrode 3. Ein Isolator 4 ist derart vorgesehen, dass die Mittelelektrode 3 in bekannter Weise etwas vom Isolator 4 vorsteht. Der Isolator 4 selbst ist teilweise von einem Gehäuse 5 umgeben. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine elektrische Anschlussmutter.
Von der elektrischen Anschlussmutter 6 ist eine elektrisch leitfähige Verbindung über einen Anschlussbolzen 7 und ein Zündkerzenwiderstandselement 8 zur Mittelelektrode 3 vorgesehen.
Die Mittelelektrode 3 ist gemäß dem in 2 veranschaulichten Verfahren hergestellt.
Die in 2 dargestellte Zündkerzenelektrode entspricht der Mittelelektrode 3 aus 1 und umfasst einen Elektrodengrundkörper 9, ein Zündelement 10 und eine Schweißnaht 11 mit einer Breite B, die den Elektrodengrundkörper 9 und das Zündelement 10 stoffschlüssig miteinander verbindet. Das Zündelement 10 hat eine Längsachse Y, die sich senkrecht zum Verbindungsbereich zwischen dem Zündelement 10 und dem Elektrodengrundkörper 9, bzw. auch senkrecht zur Schweißnaht 11 nach dem Schweißvorgang, erstreckt. Die Längsachse X der Zündkerzenelektrode 10 fällt dabei mit der Längsachse Y des Elektrodengrundkörpers 9 und des Zündelements 10 zusammen.
Das Zündelement 10 ist beispielsweise in der Form eines Stiftes oder eines Pins ausgebildet. Die Mittelelektrode 3 hat eine Oberfläche 14, die durch die Oberfläche 15 des Zündelements 10 und die Oberfläche des Elektrodengrundkörpers 9 gebildet wird. Der Bereich der Oberfläche 14 der Mittelelektrode 3 um den Verbindungsbereich zwischen Elektrodengrundkörper 9 und Zündelement 10 wird auch als Schweißbereich bezeichnet, in dem die zu verschweißenden Materialien vorliegen. Im Verbindungsbereich entsteht durch den Schweißvorgang die Schweißnaht 11.
Vorteilhafterweise werden der Elektrodengrundkörper 9 und das Zündelement 10 während des Ausführens des Schweißvorgangs mit einer Kraft F in Richtung der Längsachse Y des Zündelements 10 und des Elektrodengrundkörpers 9 gegeneinander gedrückt, so dass sich die Schweißnaht 11 ohne Fehlstellen ausbildet.
Über ein Reflexionsmittel 13, beispielsweise ein Spiegel, wird der Schweißstrahl 12, ein Laserstrahl eines gepulsten Lasers, auf den Verbindungsbereich zwischen dem Elektrodengrundkörper 9 und dem Zündelement 10 gelenkt und erzeugt dort die Schweißnaht 11.
So ein Schweißverfahren ist beispielsweise auch ein Laser-Scanner-Schweißverfahren, bei dem ein Laserstrahl über einen Scanner auf die zu verschweißenden Objekte gerichtet wird und eine Schweißnaht erzeugt. Durch die Bewegung des Scanners wird der Laserstrahl an die gewünschte Position bei den Objekten geführt. Erfindungsgemäß wird ein gepulster Laser verwendet, da hierdurch nur eine geringe Erwärmung und nach jeder Erwärmung durch einen Laserimpuls auch wieder eine Abkühlung der zu verschweißenden Materialien im Verbindungsbereich erfolgt. Dies führt lediglich zu einem geringen Aufschmelzen der zu verschweißenden Materialien, so dass die Breite B der Schweißnaht 11 im Vergleich zu einer mittels eines cw-Lasers erzeugten Schweißnaht, deutlich geringer ist.
Der Elektrodengrundkörper 9 und das Zündelement 10 werden in gleicher Richtung mit derselben Geschwindigkeit um die Längsachse Y rotiert. Nach einer Rotation des Zündkerzengrundkörpers 9 und des Zündelements 10 um die Längsachse Y beim Schweißvorgang bildet sich die Schweißnaht 11, die sich sodann über den gesamten Durchmesser des Zündelements 10 erstreckt.
Während des Einstrahlens des Schweißstrahls 12 auf die Oberfläche 14 der Mittelelektrode 3 wird das Reflexionsmittel 13 periodisch gekippt, so dass der Schweißstrahl 12 in einer periodischen Bewegung entlang der Oberfläche 14 geführt wird. Vorzugsweise ist die Bewegung parallel zu Längsachse Y des Zündelements 10 und des Elektrodengrundkörpers 9. Durch diese örtliche Modulation des Einstrahlens des Schweißstrahls 12 wird eine gute Verbindungsbildung zwischen dem Zündelement 10 und dem Elektrodengrundkörper 9 gefördert.
Typischerweise wird das Reflexionsmittel 13 mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz, hier z.B. 1200 Hz, gekippt. Die Rotation des Elektrodengrundkörpers 9 und des Zündelements 10 um die Längsachse Y des Zündelements 10 und des Elektrodengrundkörpers 9 hat eine wesentlich geringere Frequenz.
Um eine Erwärmung der zu verschweißenden Materialien weiter zu reduzieren, wird der Schweißvorgang insbesondere mit folgenden Parametern ausgeführt:

Das in 2 dargestellte Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Mittelelektrode 3, in der ein Elektrodengrundkörper 9 aus einem ersten Material, das insbesondere Nickel oder eine Legierung mit Nickel als Hauptbestandteil in Masse% enthält, und ein Zündelement 10 aus einem zweiten Material, das insbesondere ein Edelmetall ist, durch eine Schweißnaht 11 mit geringer Breite B verbunden sind, und durch das ein Aufschmelzen und damit ein Verlust an Reinmaterial des Zündelements 10 reduziert wird, so dass eine Resthöhe R des Zündelements 10 in Richtung der Längsachse der Mittelelektrode 3, und damit auch eine für die Zündfunkenbildung zur Verfügung stehende Oberfläche 15 des Zündelements 10 maximiert ist. Insbesondere beträgt ein Verhältnis der Resthöhe R des Zündelements 10 zur Breite B der Schweißnaht 11, jeweils gemessen entlang einer Längsachse X der Zündkerzenelektrode 1, 10:1. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass wenn die Resthöhe R des Zündelements 10 4 mm beträgt, die Breite B der Schweißnaht 11 0,4 mm beträgt.
Dies ermöglicht für die auf diese Weise hergestellt Mittelelektrode 3 bei sehr guter Funkenbildung eine dauerhafte Stabilität gegenüber Korrosion und Erosion, so dass sich die Mittelelektrode 3 durch eine lange Lebensdauer auszeichnet. Fehlerbilder, wie z.B. Schweißporen oder Kerben, sind reduziert. Für die Mittelektrode 3 können aufgrund der sich ausbildenden Schweißnaht 11 mit geringer Breite B Zündelemente 10 mit reduzierter absoluter Höhe eingesetzt werden, wodurch zusätzlich Materialkosten eingespart werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10103045 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode (3) umfassend einen Elektrodengrundkörper (9) aus einem ersten Material und ein Zündelement (10) aus einem zweiten Material, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen des Elektrodengrundkörpers (9) und des Zündelements (10), - Ausführen eines Schweißvorgangs zum Verbinden des Elektrodengrundkörpers (9) und des Zündelements (10) unter Bildung einer Schweißnaht (11), - wobei zum Ausführen des Schweißvorgangs ein Schweißstrahl (12) eines gepulsten Lasers über ein Reflexionsmittel (13) auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Elektrodengrundkörper (9) und dem Zündelement (10) gerichtet wird und die Schweißnaht (11) erzeugt, und - durch Kippen des Reflexionsmittels (13) der Schweißstrahl (12) über den Verbindungsbereich geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Elektrodengrundkörper (9) und das Zündelement (10) während des Ausführens des Schweißvorgangs mit einer Kraft (F) in Richtung der Längsachse (Y) des Elektrodengrundkörpers (9) und des Zündelements (10) gegeneinander gedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektrodengrundkörper (9) und das Zündelement (10) während des Ausführens des Schweißvorgangs mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung rotieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reflexionsmittel (13) mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz gekippt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlänge des gepulsten Lasers 1,03 bis 1,07 µm, 800 bis 1030 nm oder 1070 bis 2000 nm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schweißvorgang mit folgenden Parametern ausgeführt wird: - mittlere Laserleistung: 1 W bis 2 kW - Pulsdauer τ: 1 bis 500 ns, insbesondere 120 bis 500 ns - Repetitionsrate des Lasers v_rep: 1 Hz bis 2 MHz - Fortbewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls (12): 1 mm/s bis 1 km/s (2D-Polygonscanner), insbesondere 1 mm/s bis 10 m/s (2D-Galvo-Scanner) - f_Wobble: mindestens 1 Hz, insbesondere 1 Hz bis 4 kHz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material Nickel oder eine Nickellegierung mit Nickel als Hauptbestandteil und/oder das zweite Material ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung ist, wobei insbesondere das Edelmetall mindestens ein Element aus der Gruppe: Ir, Pt, Pd, Rh, Ru, Re, Ag, Au und Os ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündkerzenelektrode eine Mittelelektrode (3) ist.
Zündkerzenelektrode, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Zündkerzenelektrode umfassend einen Elektrodengrundkörper (9) aus einem ersten Material und ein Zündelement (10) aus einem zweiten Material, wobei der Elektrodengrundkörper (9) und das Zündelement (10) durch eine Schweißnaht (11) miteinander verbunden sind, wobei ein Verhältnis einer Resthöhe (R) des Zündelements (10) zu einer Breite (B) der Schweißnaht (11), jeweils gemessen entlang einer Längsachse (X) der Zündkerzenelektrode (1), 15:1 bis 10:1 beträgt.
Zündkerze umfassend eine Zündkerzenelektrode nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Zündkerzenelektrode insbesondere eine Mittelelektrode ist.